نخستین کیوبیت پادمادهی جهان در CERN ساخته شد
عنوان خبر: نخستین کیوبیت پادمادهی جهان در CERN ساخته شد
ژانر/موضوع: فیزیک
تاریخ انتشار خبر: 23 ژوئیه 2025
لینک خبر: symmetrymagazine.org
چکیده:
در پیشرفتی چشمگیر در CERN، گروه BASE برای نخستینبار یک کیوبیت پادماده (antimatter) را با موفقیت ایجاد کرد؛ آنها توانستند نوسانات اسپین یک آنتیپروتون بهدامافتاده را بهصورت همدوس به مدت ۵۰ ثانیه حفظ کنند. با استفاده از یک سیستم ارتقایافته تلهی پِنینگ و تکنیکهای دقیق کنترل کوانتومی، آنها موفق به مشاهده نوسانات رابی شدند که یکی از شاخصههای کلیدی انتقالات کوانتومی همدوس است و برای اولینبار، کنترل لحظهای یک گشتاور مغناطیسی هستهای منفرد در ضدماده را به نمایش گذاشتند. این روش با کاهش قابل توجه اثرات ناهمدوسی، از اندازهگیریهای واهمدوسی قبلی پیشی میگیرد. این دستاورد امکان مقایسههای دقیقتری میان ماده و پادماده را، بهویژه در آزمودن تقارن بار-پاریته-زمان (CPT)، فراهم میکند. اگرچه این سیستم هنوز برای محاسبات کوانتومی کاربردی ندارد، اما راه را برای افزایش دقت تا ۱۰ تا ۱۰۰ برابر در فیزیک بنیادی هموار میسازد.
شرح کامل خبر:
در پیشرفتی چشمگیر در فیزیک پادماده، گروه همکاری علمی BASE در سرن (CERN) برای نخستین بار توانسته است کنترل کوانتومی همدوس بر اسپین یک پادپروتون منفرد را نشان دهد—ویژگیای بنیادی که همانند یک دو قطبی مغناطیسی کوچک عمل میکند. این پژوهش که در Nature منتشر شده، نخستین نمایش از یک کیوبیت پادماده است، جایی که یک پادپروتون برای مدت نزدیک به ۵۰ ثانیه بین دو حالت اسپین خود نوسان همدوس داشته، که این خود یک رکورد برای سیستمهای اسپین هستهای منفرد پادماده به شمار میرود.
در حالی که گذارهای کوانتومی همدوس مدتهاست در سیستم های یونهای به دام افتاده و مجموعههای اتمی نمایش داده شدهاند، دستیابی به چنین کنترلی بر اسپین هستهای منفرد آزاد—بهویژه پادپروتون—تا کنون ممکن نبوده است. پادپروتون، که همجرم پروتون است ولی بار مخالف دارد، نقشی کلیدی در آزمودن تقارن بار-پاریته-زمان (CPT) دارد، تقارنی بنیادی که میگوید ماده و پادماده باید رفتاری یکسان داشته باشند. حتی کوچکترین اختلاف میان این دو میتواند نشانهای از فیزیکی فراتر از مدل استاندارد باشد.
تیم BASE با استفاده از یک تله پنینگ ارتقایافته، که ذرات باردار را با ترکیبی از میدانهای الکتریکی و مغناطیسی به دام میاندازد، این کنترل را ممکن کرده است. در این سیستم، پادپروتونها از طریق نواحی مختلفی منتقل میشوند: آشکارسازی اسپین از طریق اثر پیوسته اشترن-گرلاخ (Stern–Gerlach effect)، تحریک همدوس در تله دقیق، و تحلیل نهایی حالت. مشاهده نوسانات رابی—نشانهای از رفتار کوانتومی همدوس—با احتمال وارونگی اسپین بیش از ۸۰٪ و پهنای گذارهایی ۱۶ برابر باریکتر از اندازهگیریهای پیشین، نشاندهنده سرکوب موفقیتآمیز مکانیسمهای واهمدوسی کوانتومی است.
این سطح از کنترل همدوس، پادپروتون به دام افتاده را به یک حسگر کوانتومی بسیار دقیق تبدیل میکند که میتواند اندازهگیری گشتاور مغناطیسی را با دقتی بسیار بالاتر ممکن سازد—ویژگیای که پیشتر با دقتی در حد چند واحد در میلیارد اندازهگیری شده بود. این رویکرد جدید که جایگزین روشهای طیفسنجی غیرهمدوس پیشین میشود، امکان ارتقای دقت اندازهگیریها را تا ۱۰ تا ۱۰۰ برابر فراهم میکند.
اگرچه این کیوبیت پادماده احتمالاً کاربرد مستقیمی در محاسبات کوانتومی نخواهد داشت، ولی تأثیرات عمیقی در فیزیک بنیادی دارد، بهویژه در پاسخ به این پرسش که چرا ماده در جهان ما بهطور چشمگیری بیشتر از پادماده است. پیشرفتهای بعدی از طریق پروژهی BASE-STEP پیشبینی میشود، که هدف آن انتقال پادپروتونها به محیطهای مغناطیسی آرامتر برای دستیابی به زمانهای همدوسی بسیار طولانیتر است.
به گفتهی «استفان اولمر»، سخنگوی BASE، این پیشرفت تنها یک نقطهی عطف فنی نیست، بلکه دریچهای تازه به سوی آزمایشهای دقیق پادماده گشوده که میتواند پرده از رازهای عمیق جهان بردارد.
منابع:
[1] https://www.symmetrymagazine.org/article/a-quantum-leap-for-antimatter-measurements?language_content_entity=und
[2] https://www.nature.com/articles/s41586-025-09323-1
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
